CN117976769A - 一种TOPCon电池结构的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开一种TOPCon电池结构的制备方法包括：使用RCA标准清洗法对单晶硅片的表面进行清洗；对单晶硅片进行硼离子扩散以制作PN结；在单晶硅片的背面形成氧化层；在单晶硅片的氧化层上沉积多晶硅钝化层；对单晶硅片的多晶硅钝化层进行磷离子注入扩散；在单晶硅片的正面沉积氧化铝膜层；在氧化铝膜层上沉积SiNx膜；在多晶硅钝化层上沉积透明导电氧化薄膜；采用激光选择性刻蚀技术对单晶硅片的刻蚀区域进行选择性扫描，去除刻蚀区域的透明导电氧化薄膜、多晶硅钝化层、氧化层；在透明导电氧化薄膜上沉积第二SiNx薄膜，对单晶硅片进行丝网印刷、烧结和测试分选。本申请可降低多晶硅层的寄生吸收，并提高光电转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及光伏电池生产技术领域，具体涉及一种TOPCon电池结构的制备方法。
背景技术
TOPCon电池是一种高效太阳能电池，其核心结构由隧穿氧化层和磷掺杂多晶硅层组成。隧穿氧化层(SiOx)是一种超薄的绝缘层，可以提高电池的开路电压和填充因子；磷掺杂多晶硅层则是电池的主要光伏层，可以将光能转化为电能。
目前，制备TOPCon电池的一种主流技术是低压化学气相沉积法(LPCVD)，该技术具有设备优点是膜层在片内及片间有着良好的均匀性、整体良率较高、产能较大、维护成本低等特点。
在制备TOPCon电池时，需要沉积一层多晶硅层，以提高整个电池的钝化效果，多晶硅层的沉积是在低压炉中通过硅烷的热分解，在一定条件下形成。理论上，随着多晶硅层厚度的增加，表面掺杂浓度降低则金属浆料越不容易烧穿，使得整个电池钝化效果有一定提升。但实际研究发现，多晶硅层厚度过厚会使得电流有一定的降低，因为多晶硅层对长波段的光吸收比较严重，当多晶硅层厚度过厚时会产生较强的寄生吸收现象，从而降低短路电流。
因此，在制备TOPCon电池时，如何平衡多晶硅层的厚度和电流输出效率以达到最佳的光电转换效率成为目前丞待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种TOPCon电池结构的制备方法，以解决现有技术中多晶硅层的厚度过厚导致电流输出降低的问题，以优化电池性能。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种TOPCon电池结构的制备方法，包括：
步骤S1：采用掺杂为N型或P型的单晶硅片作为衬底，使用RCA标准清洗法对单晶硅片的表面进行清洗；
步骤S2：对完成清洗的单晶硅片进行硼离子扩散以制作PN结；
步骤S3：在完成硼离子扩散的单晶硅片的背面形成氧化层；
步骤S4：在单晶硅片的所述氧化层上沉积多晶硅钝化层；
步骤S5：对完成沉积工艺的单晶硅片的所述多晶硅钝化层进行磷离子注入扩散；
步骤S6：在完成磷离子注入扩散的单晶硅片的正面沉积氧化铝膜层；
步骤S7：在完成沉积工艺的单晶硅片的所述氧化铝膜层上沉积第一SiNx薄膜；
步骤S8：在完成沉积工艺的单晶硅片的所述多晶硅钝化层上沉积透明导电氧化薄膜；
步骤S9：采用激光选择性刻蚀技术对单晶硅片的刻蚀区域进行选择性扫描，去除所述刻蚀区域的所述透明导电氧化薄膜、所述多晶硅钝化层、所述氧化层；
步骤S10：在完成刻蚀工艺的单晶硅片的所述透明导电氧化薄膜上沉积第二SiNx薄膜；
步骤S11：对完成沉积工艺的单晶硅片进行丝网印刷，以在单晶硅片的正面形成第一电极，并在单晶硅片的背面形成第二电极，最后烧结、测试分选。
进一步地，步骤S2中，硼离子扩散的温度为800℃～1100℃，硼源的流量为200sccm～1100sccm。
进一步地，步骤S3中，采用热氧化法在单晶硅片的背面形成所述氧化层。
进一步地，步骤S4中，通过硅烷的热分解在所述氧化层上沉积所述多晶硅钝化层。
进一步地，步骤S5中，磷离子注入扩散的温度为600℃～800℃，磷源的流量为100sccm～900sccm。
进一步地，步骤S8中，在所述多晶硅钝化层上磁控溅射所述透明导电氧化薄膜。
进一步地，步骤S8中，所述磁控溅射的参数包括：磁控溅射气氛为氩气，磁控溅射的气压为0.1Pa～3Pa，磁控溅射的功率密度为80W～300W。
进一步地，所述透明导电氧化薄膜的透光率为60％～88％。
进一步地，所述透明导电氧化薄膜为锡掺杂氧化铟薄膜、铝掺杂氧化锌薄膜、镓掺杂氧化锌薄膜中的任意一种。进一步地，步骤S10中，使用PECVD、板式CVD、热丝CVD中的任意一种沉积技术沉积所述第二SiNx薄膜，所述第二SiNx薄膜的沉积温度为200℃～500℃。
由于上述技术方案的运用，本申请与现有技术相比的有益效果在于：
本申请通过沉积透明导电氧化薄膜和激光选择性刻蚀的制作方式，形成一种新型TOPCon电池结构。透明导电氧化薄膜具有较高的可见光透过率和高导电率，本申请的TOPCon电池结构通过在多晶硅钝化层上沉积透明导电氧化薄膜，叠加多晶硅钝化层、氧化层，以提高载流子的输运和收集。同时，采用激光选择性刻蚀技术选择性刻蚀透明导电氧化薄膜、多晶硅钝化层和氧化层，激光选择性刻蚀技术具有高精度和高效率的特点，可以实现对刻蚀区域的精确刻蚀，可大面积范围的降低多晶硅带来的寄生吸收损失，进而提升TOPCon电池结构的转换效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的TOPCon电池结构的制备方法的流程示意图；
图2为本发明的TOPCon电池结构的剖视结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本发明及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。
此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
本发明一实施例提供一种TOPCon电池结构的制备方法，请结合图2，该制备方法制备的TOPCon电池结构包括单晶硅片1、自上朝下依次设置在单晶硅片1背面的氧化层2、多晶硅钝化层3、透明导电氧化薄膜4、第二SiNx薄膜5和依次穿过第二SiNx薄膜5、透明导电氧化薄膜4后与多晶硅钝化层3接触的第二电极6，以及自下朝上依次设置在单晶硅片1正面的氧化铝膜层7、第一SiNx薄膜8和穿过第一SiNx薄膜8以与氧化铝膜层7接触的第二电极9。
请参见图1，上述的TOPCon电池结构的制备方法包括：
步骤S1：采用掺杂为N型或P型的单晶硅片作为衬底，使用RCA标准清洗法对单晶硅片的表面进行清洗；
步骤S2：对完成清洗的单晶硅片进行硼离子扩散以制作PN结；
步骤S3：在完成硼离子扩散的单晶硅片的背面形成氧化层；
步骤S4：在单晶硅片的氧化层上沉积多晶硅钝化层；
步骤S5：对完成沉积工艺的单晶硅片的多晶硅钝化层进行磷离子注入扩散；
步骤S6：在完成磷离子注入扩散的单晶硅片的正面沉积氧化铝膜层；
步骤S7：在完成沉积工艺的单晶硅片的氧化铝膜层上沉积第一SiNx薄膜；
步骤S8：在完成沉积工艺的单晶硅片的多晶硅钝化层上沉积透明导电氧化薄膜；
步骤S9：采用激光选择性刻蚀技术对单晶硅片的刻蚀区域进行选择性扫描，去除刻蚀区域的透明导电氧化薄膜、多晶硅钝化层、氧化层；
步骤S10：在完成刻蚀工艺的单晶硅片的透明导电氧化薄膜上沉积第二SiNx薄膜；
步骤S11：对完成沉积工艺的单晶硅片进行丝网印刷，以在单晶硅片的正面形成第一电极，并在单晶硅片的背面形成第二电极，最后烧结、测试分选。
其中，步骤S2中，硼离子扩散的温度为800℃～1100℃，硼源的流量为200sccm～1100sccm。
接上述，硼离子扩散是一种常用的半导体工艺，用于在单晶硅片中引入掺杂硼(B)原子，以改变硅的导电性质。这个过程可以通过以下几个步骤进行：
(21)掺杂源制备：硼离子通常通过预先制备的固态或液态硼化合物来提供，具体为三氯化硼、三溴化硼、三甲基硼的其中之一。这些物质被加热，可释放出硼离子；
(22)扩散过程：单晶硅片和掺杂源一起放置在高温(800℃～1100℃)的反应炉中。在这个过程中，硼离子会通过热扩散进入单晶硅片的表面，取代部分硅原子，形成P型掺杂区域；
(23)稳定化退火：扩散完成后，单晶硅片通常需要进行稳定化退火处理，以消除应力和晶格缺陷，并提高电学性能。
步骤S3中，采用热氧化法在单晶硅片的背面形成氧化层。接上述，该氧化层具体为二氧化硅层(SiO2)。热氧化法是在高温和氧气的作用下，在单晶硅片的表面形成氧化层的工艺方法，为现有技术。在热氧化法中，单晶硅片被放入一个反应炉中，其中的气氛是含有氧气的。然后，通过升高温度，使得氧气与单晶硅片表面的硅原子发生反应，生成二氧化硅层(SiO2)。
具体的，单晶硅片的背面被加热，并接触到氧气气氛中的氧分子，从而产生热氧化反应。反应产物是一层均匀、致密的二氧化硅薄膜，这个过程需要严格的控制反应温度、时间和气氛，以确保获得所需厚度和质量的氧化层。本申请不对反应温度、时间和气氛做具体限定，可结合需求进行调整。
在单晶硅片制造中，背面氧化是非常重要的处理步骤。它可以用于降低表面电荷，提高器件的耐压和绝缘性能，同时也能够提高器件的稳定性和可靠性。在太阳能电池制造中，背面氧化还可以防止电荷复合损失，并帮助提高电池的光电转换效率。
步骤S4中，通过硅烷的热分解在氧化层上沉积多晶硅钝化层。
接上述，硅烷(silane)的热分解是指在高温条件下，如1000℃以上，硅烷分子(SiH4)发生化学反应并分解为硅(Si)和氢气(H2)的过程，硅烷的热分解可以用以下化学方程式表示：SiH4→Si+2H2。为常规技术手段。
步骤S5中，磷离子注入扩散的温度为600℃～800℃，磷源的流量为100sccm～900sccm。
接上述，磷离子注入扩散是一种常用的半导体工艺，磷离子注入扩散的过程包括以下几个步骤:
(51)磷离子注入：将单晶硅片放置在注入装置中，将磷离子束注入到多晶硅钝化层表面，控制注入剂量和能量，以达到所需的掺杂浓度和深度；
(52)热扩散：随后将单晶硅片进行热处理，在高温下(600℃～800℃)，使得注入的磷离子扩散到单晶硅片深处。在这个过程中，磷离子会取代部分硅原子，形成N型掺杂区域；
(53)稳定化退火：扩散完成后，单晶硅片通常需要进行稳定化退火处理，以消除应力和晶格缺陷，并提高电学性能。
步骤S6中，沉积的氧化铝膜层具体为AL2O3膜层。
步骤S8中，在多晶硅钝化层上磁控溅射透明导电氧化薄膜。具体的，磁控溅射的参数包括：磁控溅射气氛为氩气，磁控溅射的气压为0.1Pa～3Pa，磁控溅射的功率密度为80W～300W。沉积的透明导电氧化薄膜的透光率为60％～88％。透明导电氧化薄膜为锡掺杂氧化铟薄膜、铝掺杂氧化锌薄膜、镓掺杂氧化锌薄膜中的任意一种。
接上述，磁控溅射(Magnetron Sputtering)是一种常用的薄膜制备技术，利用高速离子轰击靶材表面，使得靶材表面的原子或分子释放到气体环境中，最终沉积在单晶硅片表面上。
磁控溅射技术的基本原理是，在低压气体环境中，将想要沉积的靶材与反应气体放置在真空室中，加上高频电场或磁场，使得电子受到加速，撞击靶材表面并将其轰击出原子或分子。这些离开靶材表面的原子或分子会被反应气体中的离子轰击，形成离子和中性粒子混合物，并沉积在单晶硅片表面上形成薄膜。磁控溅射技术具有以下优点：制备的薄膜质量高、薄膜厚度均匀、沉积速率快、能够沉积多种材料和复合膜等。在此不做赘述。
步骤S10中，使用PECVD、板式CVD、热丝CVD中的任意一种沉积技术沉积第二SiNx薄膜，第二SiNx薄膜的沉积温度为200℃～500℃。
由于上述技术方案的运用，本申请与现有技术相比的有益效果在于：
本申请通过沉积透明导电氧化薄膜和激光选择性刻蚀的制作方式，形成一种新型TOPCon电池结构。透明导电氧化薄膜具有较高的可见光透过率和高导电率，本申请的TOPCon电池结构通过在多晶硅钝化层上沉积透明导电氧化薄膜，叠加多晶硅钝化层、氧化层，以提高载流子的输运和收集。同时，采用激光选择性刻蚀技术选择性刻蚀透明导电氧化薄膜、多晶硅钝化层和氧化层，激光选择性刻蚀技术具有高精度和高效率的特点，可以实现对刻蚀区域的精确刻蚀，可大面积范围的降低多晶硅带来的寄生吸收损失，进而提升TOPCon电池结构的转换效率。
最后应说明的是，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种TOPCon电池结构的制备方法，其特征在于，包括：
步骤S1：采用掺杂为N型或P型的单晶硅片作为衬底，使用RCA标准清洗法对单晶硅片的表面进行清洗；
步骤S2：对完成清洗的单晶硅片进行硼离子扩散以制作PN结；
步骤S3：在完成硼离子扩散的单晶硅片的背面形成氧化层；
步骤S4：在单晶硅片的所述氧化层上沉积多晶硅钝化层；
步骤S5：对完成沉积工艺的单晶硅片的所述多晶硅钝化层进行磷离子注入扩散；
步骤S6：在完成磷离子注入扩散的单晶硅片的正面沉积氧化铝膜层；
步骤S7：在完成沉积工艺的单晶硅片的所述氧化铝膜层上沉积第一SiNx薄膜；
步骤S8：在完成沉积工艺的单晶硅片的所述多晶硅钝化层上沉积透明导电氧化薄膜；
步骤S9：采用激光选择性刻蚀技术对单晶硅片的刻蚀区域进行选择性扫描，去除所述刻蚀区域的所述透明导电氧化薄膜、所述多晶硅钝化层、所述氧化层；
步骤S10：在完成刻蚀工艺的单晶硅片的所述透明导电氧化薄膜上沉积第二SiNx薄膜；
步骤S11：对完成沉积工艺的单晶硅片进行丝网印刷，以在单晶硅片的正面形成第一电极，并在单晶硅片的背面形成第二电极，最后烧结、测试分选。
2.如权利要求1所述的一种TOPCon电池结构的制备方法，其特征在于，步骤S2中，硼离子扩散的温度为800℃～1100℃，硼源的流量为200sccm～1100sccm。
3.如权利要求1所述的一种TOPCon电池结构的制备方法，其特征在于，步骤S3中，采用热氧化法在单晶硅片的背面形成所述氧化层。
4.如权利要求1所述的一种TOPCon电池结构的制备方法，其特征在于，步骤S4中，通过硅烷的热分解在所述氧化层上沉积所述多晶硅钝化层。
5.如权利要求1所述的一种TOPCon电池结构的制备方法，其特征在于，步骤S5中，磷离子注入扩散的温度为600℃～800℃，磷源的流量为100sccm～900sccm。
6.如权利要求1所述的一种TOPCon电池结构的制备方法，其特征在于，步骤S8中，在所述多晶硅钝化层上磁控溅射所述透明导电氧化薄膜。
7.如权利要求6所述的一种TOPCon电池结构的制备方法，其特征在于，步骤S8中，所述磁控溅射的参数包括：磁控溅射气氛为氩气，磁控溅射的气压为0.1Pa～3Pa，磁控溅射的功率密度为80W～300W。
8.如权利要求1所述的一种TOPCon电池结构的制备方法，其特征在于，所述透明导电氧化薄膜的透光率为60％～88％。
9.如权利要求8所述的一种TOPCon电池结构的制备方法，其特征在于，所述透明导电氧化薄膜为锡掺杂氧化铟薄膜、铝掺杂氧化锌薄膜、镓掺杂氧化锌薄膜中的任意一种。
10.如权利要求1所述的一种TOPCon电池结构的制备方法，其特征在于，步骤S10中，使用PECVD、板式CVD、热丝CVD中的任意一种沉积技术沉积所述第二SiNx薄膜，所述第二SiNx薄膜的沉积温度为200℃～500℃。
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